Спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах

Реферат: Спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах шляхом вимірювання прирощення ефективних значень діелектричної проникності  'еф та коефіцієнта діелектричних ' втрат  'еф в залежності від довжини хвилі монохроматичного світла  з заздалегідь ' визначеною інтенсивністю, побудови в комплексній площині залежності 'еф ()  'еф () і визначення з такої залежності граничних довжин хвиль I , які відповідають фотозбудженню центрів акцепторного типу, та розрахунку глибини залягання енергетичних рівнів відносно верхньої межі валентної зони за формулою. Вимірювання виконують при додатковій дії на досліджуваний зразок білого світла тієї ж інтенсивності, що й у монохроматичного світла. UA 78882 U (12) UA 78882 U UA 78882 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до напівпровідникового матеріалознавства і може також використовуватись в напівпровідниковому приладобудуванні. Відомий спосіб визначення енергетичного положення центрів Еі в кристалічних матеріалах (А. Милнc. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. - М.: Мир, 1977, 253-270 с), в основу якого покладено вимірювання електричного струму через досліджуваний зразок в залежності від часу. Температура зразка збільшується пропорційно часу. Цей спосіб має такі недоліки: необхідність попередньої електричної поляризації зразка та зміни його температури, що призводить до суттєвих втрат часу на визначення E i різних центрів, необхідно також виконання певних умов, наприклад достатня віддаленість енергетичного положення породжених центрами рівнів одне від одного. Найбільш близьким за технічним змістом є спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах (Applied Physics Letters-November 25, 2002, - volume 81, Issue 22, pp. 4195-4197), в основу якого покладено вимірювання прирощення ефективних значень ' діелектричної проникності 'еф та коефіцієнта діелектричних втрат 'еф , зумовленого дією на зразок монохроматичного світла з заздалегідь визначеною інтенсивністю. При здійсненні цього способу плавно змінюють довжину хвилі фотозбудження  , потім будують залежності ' 'еф ()  'еф () в комплексній площині. З цих залежностей визначають граничні значення I , які обмежують їх лінійні ділянки і відповідають фотозбудженню негативно заряджених центрів акцепторної природи. Глибина залягання центрів відносно стелі валентної зони визначається згідно з формулою Ei  E g  h ( E g – ширина забороненої зони, h - стала Планка, c c i швидкість світла). Недолік цього способу полягає в тім, що не визначається енергетичне положення центрів акцепторної природи, енергетичні рівні яких знаходяться вище рівня Фермі. Ці центри перебувають в електронейтральному стані, оскільки температура зразка недостатня, щоб відбувся перехід на них електронів з валентної зони. Тому поглинання центром кванту світла не зумовлює перехід електрона з центра в зону провідності. В основу корисної моделі покладено задачу розширення функціональних можливостей відомого способу шляхом визначення в кристалічних напівпровідниках р-типу центрів акцепторної природи, енергетичні рівні яких знаходяться вище рівня Фермі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення фотоактивних центрів шляхом вимірювання прирощення ефективних значень діелектричної проникності 'еф та ' коефіцієнта діелектричних втрат 'еф в залежності від довжини хвилі монохроматичного світла λ з заздалегідь визначеною інтенсивністю, побудови в комплексній площині залежності 35 40 45 50 ' 'еф ()  'еф () і визначення з такої залежності граничних довжин хвиль I , які відповідають фотозбудженню центрів акцепторного типу, та розрахунку глибини залягання енергетичних рівнів відносно верхньої межі валентної зони за формулою Ei  E g  h вимірювання c i виконують при додатковій дії на досліджуваний зразок білого світла тієї ж інтенсивності, що й у монохроматичного світла. На відміну від відомого способу, вибраного за прототип, в запропонованому способі визначення фотоактивних центрів вимірювання прирощення ефективних значень діелектричної ' проникності 'еф та коефіцієнта діелектричних втрат 'еф в залежності від довжини світла λ виконують при додатковій дії на зразок білого світла. В такому світлі присутні кванти з різною енергією, включаючи ту, яка необхідна, щоб забезпечити перехід електронів з рівнів поблизу верхньої межі (стелі) валентної зони на рівні центрів акцепторної природи, які знаходяться вище рівня Фермі. Інакше кажучи, якщо за відсутності дії білого світла вказані енергетичні рівні були електронейтральні через те, що при температурі досліду електронам з валентної зони бракувало енергії, щоб потрапити на них, то кванти світла надали електронам необхідної енергії. Кванти ж монохроматичного світла забезпечують перехід цих електронів з рівнів акцепторної природи на рівні поблизу дна зони провідності. Суттєвою умовою здійснення переходів електронів з рівнів вище рівня Фермі Ер на рівні зони провідності є співпадіння інтенсивностей білого та монохроматичного світла. Невиконання цієї умови спричинить недостатню чутливість визначення рівнів нижче або вище EF, якщо відповідно інтенсивність білого світла значно нижча або вища за інтенсивність монохроматичного світла. 1 UA 78882 U На фігурах зображено: фіг. 1 - блок-схему пристрою для визначення фотоактивних центрів; 5 10 15 20 25 ' фіг. 2 - діаграму 'еф ()  'еф () з вказаними на ній номерами ділянок, отриману без дії на зразок кристалу Zn0,12Cd0,88Te додаткового білого світла; фіг. 3 - таку ж діаграму але при дії на зразок білого світла. В табл. наведені: номери ділянок діаграм на фіг. 2 та 3, граничні довжини хвиль i цих ділянок та відповідні їм значення глибини залягання рівнів відносно стелі валентної зони, отримані без дії на зразок додаткового білого світла та при дії білого світла. Пристрій для визначення фотоактивних центрів складається з: 1 - джерел світла, 2 конденсорів, 3 - монохроматора, 4 - електричного екрана, 5 - електродів, розміщених на зразку за планарною схемою, 6 - зразка, 7 - ізолятора, 8 - високочутливого моста змінного струму. Спосіб здійснюється при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску за допомогою установки, блок-схема якої зображена на фіг. 1. При цьому світло від одного з джерел 1 послідовно проходить крізь конденсор 2 та монохроматор 3, утворюючи монохроматичний пучок, що падає на вільну від електродів 5 поверхню зразка 6. Світло від іншого джерела 1 також проходить крізь конденсор 2 і, утворивши білий пучок, падає на вільну від електродів поверхню зразка. Зразок знаходиться у електричному контакті з електродами, що з'єднані з високочутливим мостом змінного струму 8. Екран 4 забезпечує захист сигналу вимірювань від зовнішніх електричних впливів. Ізолятор 7 забезпечує електричну ізоляцію зразка та електродів від екрану. Для визначення фотоактивних центрів виконують наступні операції: а) зразок 6 розмішують на ізолятор 7, що в свою чергу знаходиться в електричному екрані; б) на зразок розміщують електроди 5 за планарною схемою; в) встановлюють на монохроматорі 3 довжину світла з області нечутливості зразка; г) вмикають міст змінного струму 8; д) визначають темнові ' значення ефективної діелектричної проникності 'еф та коефіцієнта діелектричних втрат 'еф ; e) вмикають джерела світла 1, ж) встановлюють однакову інтенсивність цих джерел, яка визначена заздалегідь; з) плавно змінюють довжину хвилі монохроматичного світла  в бік ' області фоточутливості, визначають сукупність значень 'еф та 'еф , що відповідає всій ' області фоточутливості зразка; з) будують діаграму 'еф ()  'еф () в комплексній площині; і) визначають значення довжини хвилі i , які обмежують лінійні ділянки цієї діаграми; й) використовуючи ці значення згідно з формулою Ei  E g  h 30 , розраховують енергетичне c i положення рівнів акцепторної природи відносно верхньої межі (стелі) валентної зони. Таблиця № ділянки i , нм 1 2 3 4 5 6 7 8 1141 942 936 930 917 904 866 800 Енергетичне положення рівнів, еВ Без білої підсвітки 3 білою підсвіткою Ev+0,52 Ev+0,29 Ev+0,28 Ev+0,27 Ev+0,27 Ev+0,25 Ev+0,25 Ev+0,23 Ev+0,23 Ev+0,17 Ev+0,17 Ev+0,05 Ev+0,05 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах шляхом вимірювання прирощення ефективних значень діелектричної проникності 'еф та коефіцієнта діелектричних ' втрат 'еф в залежності від довжини хвилі монохроматичного світла  з заздалегідь 40 ' визначеною інтенсивністю, побудови в комплексній площині залежності 'еф ()  'еф () і визначення з такої залежності граничних довжин хвиль I , які відповідають фотозбудженню центрів акцепторного типу, та розрахунку глибини залягання енергетичних рівнів відносно 2 UA 78882 U верхньої межі валентної зони за формулою Ei  E g  h , який відрізняється тим, що c i вимірювання виконують при додатковій дії на досліджуваний зразок білого світла тієї ж інтенсивності, що й у монохроматичного світла. 3 UA 78882 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4